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PLC单片机嵌入式系统毕业论文
目录
摘要 (Ⅰ)
Abstract (Ⅱ)
第1章绪论 (1)
1.1 课题的提出 (1)
1.2 课题研究的意义 (1)
1.3 课题研究的内容 (2)
1.4 本章小结 (3)
第2章总体设计 (4)
2.1 硬件总体设计 (4)
2.1.1 硬件需求分析 (4)
2.1.2硬件设计方案 (5)
2.2 软件总体设计 (6)
2.2.1上位机软件需求分析 (7)
2.2.2上位机软件总体设计 (7)
2.2.3下位机软件需求分析 (8)
2.2.4下位机软件设计方案 (10)
2.3 本章小结 (10)
第3章硬件设计与实现 (11)
3.1单片机ADuC841及其必需的外接电路 (11)
3.1.1晶振电路 (13)
3.1.2复位电路 (13)
3.1.3电源电路 (13)
3.1.4 24位地址总线及系统扩展的寻址方法 (14)
3.2 外部数据存储器接口电路 (14)
3.2.1 DS1486芯片简介 (15)
3.2.2外部存储器接口电路 (15)
3.3 通信接口电路 (16)
3.4 数字量I/O模块 (17)
3.4.1数字I/O扩展 (17)
3.4.2数字量输入端口电路 (18)
3.4.3数字量输出端口电路 (18)
3.5 模拟量I/O模块 (19)
3.5.1 ADuC841片上模拟接口 (19)
3.5.2 ADC输入接口电路 (20)
3.5.3 DAC输出接口电路 (21)
3.6 人机界面模块 (21)
3.6.1 LCD接口电路 (22)
3.6.2薄膜键盘 (23)
3.7 控制器技术规格 (23)
3.8 硬件设计方案的特色 (24)
3.9 本章小结 (25)
第4章上位机软件设计与实现 (26)
4.1 文本处理程序 (26)
4.1.1预处理器 (26)
4.1.2词法分析器 (27)
4.2 指令编码 (29)
4.2.1编码规则 (29)
4.2.2编码器实现 (31)
4.3 串口通信程序 (33)
4.3.1 LabVIEW与串口通信 (33)
4.3.2串口通信程序设计 (34)
4.4 上位机软件设计方案的特点 (34)
4.5 本章小结 (35)
第5章下位机软件设计与实现 (36)
5.1 嵌入式软件的开发方式 (36)
5.1.1嵌入式软件的特点 (36)
5.1.2交叉开发方法 (36)
5.1.3开发工具介绍 (37)
5.2下位机软件结构 (38)
5.2.1软件设计方法 (38)
5.2.2软件功能描述 (38)
5.2.3任务划分 (39)
5.2.4嵌入式实时操作系统RTX51 TINY的移植 (41)
5.3下位机任务的实现 (42)
5.3.1 PLC功能存储区的映射及I/O读写 (42)
5.3.2 LCD显示任务 (45)
5.3.3看门狗任务 (45)
5.3.4串口通信任务 (46)
5.3.5读写外部RAM任务 (46)
5.3.6按键处理任务 (48)
5.4 PLC指令解释任务的实现 (48)
5.4.1 PLC指令解释原理 (49)
5.4.2标准触点指令的实现 (50)
5.4.3与堆栈有关的指令的实现 (51)
5.4.4立即触点指令的实现 (52)
5.4.5跳变触点指令的实现 (52)
5.4.6输出指令与其它指令 (53)
5.4.7定时器指令的实现 (53)
5.4.8计数器指令的实现 (55)
5.4.9程序跳转指令的实现 (55)
5.5 下位机软件的特色 (56)
5.6 本章小结 (57)
总结 (58)
致谢 (59)
参考文献 (60)
第1章绪论
1.1 课题的提出
可编程逻辑控制器（PLC），又称为可编程控制器（PC），是为工业控制特别设计的一种专用计算机。

它易于设置和编程，运行可预估，甚至在恶劣的生产环境下还可以保持正常工作，广泛应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，成为应用场合最多的工业控制装置。

在所有的PLC种类中，微型PLC是占有市场份额最大的一种。

微型PLC 是指I/O点数少于64点的PLC，这一类PLC主要应用于单台设备的控制，在纺织机械、数控机床、塑料加工机械等设备上运用广泛。

我国PLC市场大部分被欧美，日韩等发达国家产品所占领，国产化率很低。

这主要是由于PLC的核心CPU模块被发达国家垄断。

近几年来，随着微控制器技术的发展，高性能单片机层出不穷，功能日益强大，由于产量的大幅增加成本也不断降低，使我们可以考虑使用现成的高性能单片机作为CPU 模块来研发具有自主知识产权的PLC。

由于微型PLC的研发相对比较容易，且应用最为广泛，因此我们可以考虑从微型PLC入手，设计一个基于单片机的通用控制器，实现微型PLC的精简控制功能。

另一方面，近年来嵌入式技术的发展成果也为本课题的研究提供了便利。

嵌入式技术将软、硬件的开发过程更紧密地结合起来，并将实时操作系统等高级的软件工具引入单片机的程序编制过程中，使得利用单片机能快速地开发比较复杂的软件，而且提升了软件可靠性。

本课题的研究也会将嵌入式开发技术，包括嵌入式实时操作系统工具引入开发过程。

1.2 课题研究的意义
设计基于高性能单片机的通用控制器，实现微型PLC的主要控制功能，具有以下几方面的意义：
1、实用价值
在工业控制中，需要小型控制系统的场合很多,如电梯的升降系统、小型包装机械的控制系统等。

这些应用场合的共有特点是需要控制的点数不多，一般输入输出总和只有20点到40点，而且基本上是以逻辑控制为主。

开发针对这些小型控制系统的通用控制器，具有很强的实用价值和广阔的市场前景。

2、经济价值
目前市面上各大PLC厂商都提供微型PLC用于小型控制系统，但它们的价格普遍比较高，最精简型的也在千元以上。

而以单片机为核心开发的小型通用控制器，只需几百元的成本即可实现微型PLC的精简控制功能。

因此开发基于单片机的通用控制器具有较大的成本优势，能实现很好的经济价值。

3、社会价值
我国PLC国内市场虽然庞大，但是90％以上的市场份额都被国外品牌占据。

因此，大力发展拥有自主知识产权的PLC，逐步摆脱国内PLC市场被国外厂商垄断的局面，对于推动国内PLC市场的发展具有深远意义。

而要开发自己的PLC，从功能相对最简单的微型PLC入手是一个很好的突破口。

基于上述分析，研究微型PLC的设计与实现是非常有现实意义的。

本文所研究的课题就是在这方面所做的一个尝试，希望能以成本最低的8位微控制器（单片机）来实现微型PLC的基本功能。

1.3 课题研究的内容
本课题的主要任务是通过研究PLC系统的工作原理以及PLC编程语言的特点等，采用嵌入式开发技术，设计并实现一个通用的工业控制器，能够实现微型PLC的大多数功能，满足多种工业控制的要求。

该控制器的下位机以ADuC841单片机作为控制芯片，在此硬件平台上设计尽可能多的外围接口电路，以最大限度地实现PLC的功能。

下位机软件用Keil工具采用C语言开发，并引入嵌入式实时操作系统RTX51 TINY，实现多任务的管理，模拟PLC的运行方式，并能够对常用PLC指令进行解释执行。

上位机软件在Windows平台下，用LabVIEW为开发工具，实现对用户程序PLC指令的编码。

1.4 本章小结
本章首先介绍了本课题提出的背景、可行性等，然后从三个方面分析了本课题研究的意义，最后指出了课题研究的内容。

第2章总体设计
作为一个嵌入式系统，其设计和开发过程分硬件和软件两部分进行。

但硬件和软件的开发又是相互联系、密不可分的。

2.1 硬件总体设计
本节通过对针对PLC的体系结构分析系统的硬件需求，结合单片机控制系统的特点，制定基于单片机的通用控制器的硬件总体设计。

2.1.1 硬件需求分析
PLC的基本结构主要包括以下几个部分：CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置，如图2-1所示。

本设计的目的是实现一个小型PLC的逻辑控制功能及与上位机进行通讯的功能，在硬件上应具有以下几个必要的模块：
1、微控制器
包含CPU及其存储器。

存储器包括存放操作系统、驱动程序和应用程序的预编程只读存储器ROM，以及存放用户编写的程序和工作数据的随机访问存
储器RAM。

2、开关量输入、输出模块
开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备。

3、存储器
包括存放操作系统、驱动程序和应用程序的预编程只读存储器ROM，以及存放用户编写的程序和工作数据的随机访问存储器RAM。

4、复位电路
包括上电复位、按键复位和看门狗复位，以便在死机或紧急情况下将系统重启，保证系统正常工作。

5、串口通讯模块
方便控制器与PC通信，实现数据交换和用户程序的下载。

6、模数转换(A/D)、数模转换(D/A)模块
用于模拟量的输入输出控制。

A/D模块将模拟输入转换成数字量，供CPU 处理，D/A模块将控制器中的数字量转换为模拟量电压或电流，再去控制执行机构。

2.1.2硬件设计方案
根据前面的需求分析，设计系统的硬件框架如图2-2所示。

ADuC841芯片内部已经集成了ROM、RAM、ISP、A/D和D/A等模块，简化了电路设计。

但是芯片内部RAM容量有限，故增加了外部RAM，即DS1556芯片。

本设计中为了充分利用外部的128K数据RAM和其它功能模块，采用24位地址寻址，由P2口分时输出高8位地址和页地址，最多可寻址16M地址空间。

ADuC841片内还集成了通用串行接口UART，采用5V单电源供电的通信收发器LMS202，实现单片机的TTL电平与PC机的RS-232标准电平之间的转换。

为增加I/O端口数目，采用两片82C55A芯片，扩展出24路数字量输入和24路数字量输出。

加上ADuC841内部集成的8个通道12位A/D模块和两个通道的12位D/A模块，如此丰富的内部资源和外围接口足以取代一般小型
PLC的功能。

2.2 软件总体设计
本系统的软件包括两大部分：上位机软件和下位机软件。

上位机软件即PLC编程软件，用于在PC上创建、编辑和编译PLC用户程序，并将其发送至下位机。

下位机软件是指固化在控制器内部的软件，包括操作系统和驱动程序、PLC指令解释模块等等，主要完成系统的初始化、PLC指令的分析和解释执行、与上位机通讯等功能。

2.2.1上位机软件需求分析
常用的PLC编程语言主要有两种：梯形图和指令表语言。

在单片机中，梯形图和指令表程序都不能直接执行，必须先转化成单片机能识别的编码。

因此本设计中上位机软件的任务就是将指令表程序转化成单片机能识别的编码，而梯形图可以先转换成指令表语言后再进行编码转换。

为了使本系统尽可能通用，采用基于西门子PLC的指令集。

上位机软件的开发主要包含三个方面的任务：
1、指令表程序文本处理
对指令表程序进行文本处理分为两个步骤：一是预处理，即删除程序文本中的注释行；二是词法分析，将输入文本分解成一个个独立的词法符号。

2、PLC指令的编码
对指令进行编码包括两部分：操作符编码和操作数编码。

西门子PLC的操作符只需实现其中常用的几十种,可以分三种形式对操作符进行编码：无操作数、单操作数和双操作数的操作符。

操作数又为两种：线圈和立即数。

编码时注意两个原则：一是按固定宽度对操作符和操作数进行编码；二是在编码中包含操作符或操作数的类型信息。

3、通过串口将编码后的程序发送给下位机
2.2.2上位机软件总体设计
根据上一节的需求分析，上位机软件的结构框图如图2-3所示。

上位机软件在Windows平台下用LabVIEW开发。

第一阶段的文本处理可以用LabVIEW中的文件读写模块和字符操作模块实现，输入指令表程序，输出一个个独立的词法符号。

第二阶段的编码转换可以用LabVIEW中的case结构构造一个有限状态机来实现，对上一阶段分解出来的词法符号进行分析，一一转换成对应的编码。

第三阶段用LabVIEW的VISA工具包可以很方便地实现串口的读写操作。

2.2.3下位机软件需求分析
下位机软件的功能是使系统模拟PLC的方式工作，因此下位机软件的需求分析应该参照PLC的工作方式。

PLC有两种操作模式：运行模式与停止模式。

在运行模式，PLC运行用户程序；通过运行合适的应用程序响应用户命令，实现控制功能。

在停止模式，可以进行用户程序的创建、编辑、下载或错误检查，不执行用户程序。

PLC操作系统每次进入运行模式时执行初始化一次，然后只要PLC保持在运行模式就重复使PLC执行顺序扫描循环。

这个循环主要包括三个步骤，分别处理不同的任务，如图2-4所示。

PLC以循环扫描的方式工作，在每次循环的开始将输入模块的状态读入相应的输入过程状态寄存器，在循环的结尾将输出数据存入输出映像过程寄存器，中间则顺序地逐条执行用户程序。

针对本系统的设计目标，结合前面所述PLC的工作原理，下位机软件的开发工作应包括以下几个方面：
1、系统初始化
初始化包括端口初始化、系统功能初始化，有时候还需要对部分功能进行检查。

为了使单片机模拟PLC的工作方式，还需要在单片机的RAM中建立I/O端口的映射，模拟PLC中的I/O过程映像寄存器。

2、分析PLC指令
指令分析部分对上位机发送过来的PLC指令进行解码，找到该指令对应的C函数。

还要分析某条PLC指令是否正确，
3、PLC指令的解释执行
经过上一步的指令分析后，就可针对不同的指令调用相应的C函数，执行PLC指令期望的操作。

这样，就可以完全地模拟PLC系统的运行过程，得到的结果也和真正的PLC无异。

4、与上位机的通信功能
方便从上位机下载用户程序和实现数据交换，同时便于用户监测下位机的运行状态。

2.2.4下位机软件设计方案
下位机软件在Keil平台下采用C语言开发，开发过程中不必过于关注底层的细节，比汇编语言更容易编写较大的程序。

而且由于模块化，用C语言编写的程序有良好的可移植性。

功能化的代码能够很方便地从一个工程移植到另一个工程，从而减少了开发时间。

系统初始化方面，端口初始化和系统功能初始化可以通过设置CPU内部相应的寄存器很方便地实现。

对系统所有的输入和输出端口分别声明一个对应的全局变量，实现PLC的输入和输出过程映像寄存器。

指令分析是一个查询比较的过程，即将某条指令的操作码，操作数分别与已建立的指令数据表中的数据进行比较，从而判断用户输入的指令是否正确，用有限状态机实现指令与C函数的配对。

为了执行PLC指令，从逻辑指令入手，使用C51编程实现PLC的触点指令、输出指令、定时器与计数器指令等等。

用户程序中的指令经过分析后，就可调用与之相对应的C51函数，完成指定的功能。

2.3 本章小结
本章在分析PLC的主要体系结构和工作原理的基础上，提出了基于单片机的通用控制器的设计需求和方案，使其能在硬件和软件上都能模拟PLC工作方式。

第3章硬件设计与实现
硬件是整个设计的基础，后面的上位机和下位机软件的开发都要围绕着硬件平台来进行，针对硬件的特点设计最高效的实现方法。

因此本章根据前一章的总体设计，先对本设计的硬件部分进行详细的介绍。

3.1单片机ADuC841及其必需的外接电路
ADuC841是ADI公司ADuC84X系列中性能最完善的一款微转换器，它具有单周期指令，20 MIPS的8052内核；内置一个8通道、高速420 KSPS、高精度自校正、12位逐次逼近的ADC，具有DMA控制：2通道12位DAC；2通道PWM方式∑-△型DAC；15 ppm/℃高稳定电压基准；温度传感器；62 KB片内Flash/EE程序存储器；4KB的片内Flash/EE数据存储器。

还包括看门狗定时器和电源监控器、ADC与数据存储器之间的DMA方式、存储保护功能、通用异
步串行收发器(UART)、SPI和I2C总线接口等功能模块。

ADuC841内部功能模块如图3-1所示。

可见ADuC841单片机有非常卓越的性能和丰富的片内资源，保证系统稳定可靠工作的同时能最大程度地简化硬件设计。

单片机ADuC841作为控制器的CPU，是整个系统的核心。

图3-2所示为单片机ADuC841及其必需的外接电路原理图。

由于其内部含有A/D和D/A模块、用于存储程序的大容量存储器及通信接口等，因此只需少量的外围元件就能工作。

3.1.1晶振电路
单片机用晶体振荡器（简称晶振）产生准确、稳定的时钟（频率），以保证单片机内部各个部件协调、同步、稳定的运行。

3.1.2复位电路
复位是单片机的初始化操作，单片机在启动运行时，都需要先复位，它的作用是使CPU和系统中其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。

R3和C10构成单片机的上电复位电路,与C10并联的按键S2用于手动复位。

S2键还可以与S1键配合产生信号使单片机进入下载程序模式。

3.1.3电源电路
电源电路如图3-3所示。

系统接收12V直流电压，可由开关电源输入。

经桥式电路整流和电容C30的滤波后输入到三端稳压器7805，输出稳定的＋5V电压。

发光二极管D3用做电源指示，R36是限流电阻。

3.1.4 24位地址总线及系统扩展的寻址方法
本系统设计的控制器外接的存储器容量就有128K，再加上其它扩展芯片，64K地址总线远远不能满足要求。

于是我们采用了24位地址总线。

系统扩展的寻址是指当单片机扩展了存储器、I/O接口等外围接口芯片后，如何寻找这些芯片的地址。

芯片寻址目前常用的有两种方法：线选法和译码法。

本系统采用译码法寻址，片选电路如图3-4所示。

图中MC74HC138为3线－8线译码器，当地址线的A23＝0、A19＝1时该芯片被选中，进而通过A20、A21、A22三根地址线的组合可选中最多8个不同的芯片。

3.2 外部数据存储器接口电路
PLC的CPU模块的存储器中必须包含程序和数据，PLC需要这些程序和数据来进行操作。

ADuC841片内的存储器资源相对于一般单片机来说已经算非常丰富，包括62KB程序存储器、256B的RAM、2KB的XRAM和4KB的FLASH数据存储器。

但是要用在工业控制中，数据存储器的容量有时候还是难以满足需要。

因此必须对系统的数据存储器进行扩展。

3.2.1 DS1486芯片简介
DS1486为非易失静态RAM，它的数据存储容量为128KB，内部用17位地址线寻址。

它还具有完备的实时时钟(RTC)、闹钟、看门狗定时器以及间隔定时器，所有存储单元均可按照单字节宽度格式访问。

DS1486芯片提供的丰富资源不但完全满足了系统的数据存储需求，还大大地强化了整个系统可实现的功能，为系统在软件上的进一步扩展提供了基础。

3.2.2外部存储器接口电路
DS1486的接口电路如图3-5所示。

图中芯片标识“DS1486-120”中的120指的是芯片的存取时间为120ns。

片选信号CS2来自片选电路中译码器的输出，内部的17位地址线（A0～A16）分别与相应的系统地址线按位相连。

INTA引脚输出定时中断信号，与ADuC841的外部中断0输入端INTO连
接，可设置系统以固定间隔产生中断。

INTB引脚分别输出看门狗定时信号，与ADuC841的复位端RST连接，可用于系统的看门狗复位。

3.3 通信接口电路
用于工业自动化的控制器，一般都具备一定的通讯功能。

PLC通过串行通信连接到编程器或PC可实现对PLC的编程和配置，或进行数据的交换。

本设计中的串行接口就是用来完成这些功能。

ADuC841单片机的通用同步异步收发器(USART)提供全双工通用同步异步串行连接，通过引脚TxD和RxD完成串行通信的接收和发送。

PC机上的串行接口采用RS-232标准,包括了按位进行串行传输的电气和机械方面的规定。

电气特性的要求规定：驱动器输出电压相对于信号地线在－5V～－15V为逻辑1电平，表示传号状态；输出电压相对于信号地线在＋5V～＋15V为逻辑0电平，表示空号状态。

在接收端，逻辑1电平为－3V～－15V，逻辑0电平为＋3V～＋15V，即允许发送端到接收端有2V的电压降。

这样的RS-232电平和TTL逻辑电路（单片机）产生的电平是不一样的，因此，PC机与单片机之间必须经过一定的电路转换逻辑电平【2】。

本系统设计中采用LMS202芯片进行电平转换，串行通信接口电路如图3-6所示。

3.4 数字量I/O模块
PLC的数字I/O模块用于连接只可以控制开或关的传感器和执行器，可用单片机的扩展并行I/O口来实现。

本设计参照PLC的I/O通道，设计了24路数字量输入接口和24路数字量输出接口。

3.4.1数字I/O扩展
单片机内部的数字I/O端口非常有限，要模拟PLC的功能远远不够，因此必须进行扩展。

8255A是最常用的可编程并行I/O扩展芯片，它的通用性强，可以方便地和单片机相连接。

3.4.2数字量输入端口电路
数字量输入的主要问题是隔离问题。

尤其是一些开关量输入信号，如隔离不好，较强的电磁干扰就会引入到系统中，影响系统的正常工作。

因此在PLC中，数字量的输入都采用光隔离器件，将现场与PLC实现电气上隔离，从而保持系统工作的可靠性。

系统具有24个独立的数字量输入点，分别与两片并行I/O扩展接口芯片82C55的输入端口相连。

每个端口的电路原理完全一样，每个端口均可以向系统输入电平信号。

为了防止外部环境对系统的干扰，每个输入端口都采用了光电隔离技术。

图3-7中画出了一路输入端口的原理图。

图中的24V电源需要由外部设备提供，DIO8为输入端子，PA10为82C55A 的端口。

系统采用TP521-4作为光耦合器件，每片TP521-4包含四个光耦合通道，图中PC1A为TLP521-4中的一个通道，发光二极管与光敏二极管封装在一个管壳中。

当二极管中有电流时发光，此时光敏晶体管才导通。

靠近端口PA10的电容C3是滤波电容，可滤除输入信号中的高频干扰。

当输入端口和公共端24 V的地短接时，光耦合器导通，表示输入开关处于接通状态，PA10为高电平。

当CPU访问该路信号时，将该输入点对应的输入映像寄存器状态置1；当输入端口断开时光耦合器不导通，LED不亮，表示输入开关处于断开状态，此时PA10为低电平。

3.4.3数字量输出端口电路
在本设计中，像输入接口一样，数字量输出接口也设计了24路，分别与
两片82C55A的3组输出端口相连。

图3-8是其中一组，即8个输出端口的接口电路。

处理输出端口的输出模块电路主要实现对输出信号的功率放大，使其有足够的功率驱动输出设备。

图中的ULN2803是一个常用的驱动IC，它包含8个驱动器，每个能开关50V，0.5A(直流)。

它的应用场合包括继电器驱动器，灯光驱动，显示驱动(LED型和气体填充型)，线形驱动等。

ULN2003A可以和TTL与5V的CMOS设备直接连接操作。

3.5 模拟量I/O模块
PLC的模拟I/O模块用于连接可以提供与测量值成比例的电信号的传感器，或连接根据从输出模拟模块接收到的电信号而按比例更改输出的执行器。

模拟输入模块包含模数转换（ADC）芯片，把模拟直流信号转换成二进制数；模拟输出模块使用数模转换（DAC）芯片把二进制数转换成与数字值大小成比例的直流电压或电流信号。

ADuC841单片机内部集成了高性能的ADC和DAC
模块，能方便的实现PLC的模拟I/O模块。

3.5.1 ADuC841片上模拟接口【8】
1、ADC模块
ADuC841片上ADC是8通道12位、单电源供电的ADC模块，转换速率为420kS/s(kilo sample/second，每秒千采样点)。

该模块由多路开关、采样/保持电路、片上参考电源、校准电路和ADC本身等组成。

所有这些电路都可以用3个专用寄存器进行设置。

ADC有两种工作模式，单次或连接转换，可用软件设置，或直接在外部引脚加转换信号。

ADuC841的定时器2也可被配置成用于AD转换的重复触发。

ADC也可配置成以DMA方式执行，可以在没有CPU干预的情况下将转换结果自动地保存在外部存储器中，最大数据可达16MB。

2、DAC模块
ADuC841片上集成有两个通道的12位电压输出DAC，每个通道的DAC均有轨对轨（rail-to-rail）电压输出缓冲，能够驱动10kΩ/pF的负载。

每个通道都有可两个输出电压范围可选：0～VREF（内部2.5V的能隙参考电压）和0V～AVDD。

每个通道均可以12位或8位模式工作。

3.5.2 ADC输入接口电路
系统设计了8个通道的模拟输入模块，各通道的结构完全一样，图3-9所示为其中一个通道的输入接口电路。

图中引脚AIN1为模拟信号输入端，ADC1连接到ADuC841的一路ADC输入端，中间是模拟输入信号的调理电路。

OP491为四只封装的运放组，U2C为其中的单个运放。

运放U2C接成电压跟随器的形式，是因为电压跟随器具有高输入阻抗、低输出阻抗的特点，可以起到缓冲和阻抗匹配的作用。

R18和C15组成抗混叠（低通）滤波器。

串联二极管MMBD7000组成双向过压保护电路，当电压（无论是哪个方向的电压）超过二极管的反向击穿电压时，就会把相应的二极管击穿，形成回路，从而将电源旁路，来保护与之相连的电路上的元器件。